KR20010016006A - Motion Guide System for 6 Degree-of-freedom Motion - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 6 자유도 운동의 운동안내장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무인 헬리콥터 등과 같이 동시에 6 자유도부터 1 자유도까지의 운동을 수행하는 운동체의 운동을 안내하기 위하여 각각의 자유도를 독립시켜 안내하고, 필요시에 선택된 자유도의 운동을 고정할 수 있는 운동안내 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a motion guide device for 6 degrees of freedom motion, and more specifically, to guide each of the degrees of freedom independently to guide the motion of the body to perform the motion from 6 degrees of freedom to 1 degree of freedom, such as an unmanned helicopter The present invention relates to an exercise guide device capable of fixing a movement of a selected degree of freedom when necessary.
일반적으로 운동체의 운동은 모형 자동차와 같이 평면 내의 운동을 구현하는 것이 많은 비율을 차지하고 있으나, 모형 헬리콥터 등과 같이 공간 내에서 자유로운 운동을 수행하는 경우에는 2 내지 3 자유도만으로 운동을 한정할 수 없고, 6 자유도의 운동상태에 의하여 그 운동이 이루어지고 평가되어야 한다. 또한 운동 안내장치는 경량화되어야 하고, 운동체의 운동에 지나친 부하를 주어 원래 목적으로 하는 운동체의 운동 자체를 구속하여서는 아니 된다. 현재 6 자유도 진동대와 같이 주어진 공간 내의 위치에서 미소한 운동 및 진동을 주어 운동체의 운동을 안내 및 평가할 수 있으나 모형 자동차나 모형 헬리콥터와 같이 공간 내에서 많은 양의 이동이 이루어지는 경우에 그 운동체의 운동을 안내하고 측정, 평가하기 위한 장치가 필요하다. 또한 운동의 제어 및 운동체 구동장치의 특징을 평가하기 위해서는 6 자유도의 운동 중 원하는 자유도의 운동을 구속할 수 있는 부가 기능을 제공함으로써 선택된 자유도의 운동만을 수행할 수 있도록 제한할 필요가 있는 경우가 있다. 따라서 공간 내에서 자유로운 운동을 하는 운동체의 운동을 평가하고 제어하기 위한 정보를 획득하기 위하여 6 자유도의 운동을 안내할 수 있고, 필요시 선택된 자유도의 운동을 구속할 수 있는 운동 안내장치가 필요하다.In general, the movement of the moving object is a large proportion of the realization of the movement in the plane, such as a model car, but in the case of free movement in the space, such as a model helicopter can not be limited to only two to three degrees of freedom, 6 The movement must be made and evaluated by the state of freedom of movement. In addition, the exercise guide device should be light weight, and should not restrain the exercise itself of the target body by giving an excessive load to the body movement. At present, the motion of a moving object can be guided and evaluated by giving a small motion and vibration at a position within a given space, such as a 6-degree-of-freedom shaking table, but when a large amount of movement occurs in a space such as a model car or a model helicopter A device is needed to guide, measure and evaluate the system. In addition, in order to control the motion and to evaluate the characteristics of the moving device, it may be necessary to limit the execution of only the selected degrees of freedom by providing an additional function that can constrain the desired degrees of freedom among the six degrees of freedom. . Therefore, in order to obtain information for evaluating and controlling the motion of a moving object freely moving in a space, a motion guide device capable of guiding six degrees of freedom and constraining the movement of the selected degree of freedom is needed.
본 발명은 상기와 같은 필요 사항들을 해결하기 위하여, 공간 내 자유 운동의 6 자유도 중 원하는 자유도의 운동을 안내하고, 선택된 자유도의 운동을 구속할 수 있는 운동 안내장치를 개발하는 데 그 목적이 있는 것이다.The present invention has been made in order to solve the above requirements, to guide the movement of the desired degree of freedom of the six degrees of freedom of movement in space, and to develop a motion guide device that can restrain the movement of the selected degree of freedom will be.
이를 위하여 본 발명은, 운동 안내장치의 하부에 운동체의 공간상 좌표위치를 안내하고 측정할 수 있도록 극좌표 방식에 의한 3 차원 운동 기초대를 설치한다. 적절한 기구학적 배치에 의하여 상기의 운동 기초대의 상판은 운동체의 운동 중 항상 수평을 유지하도록 한다. 상기의 운동 기초대 위에 운동체의 3 방향 회전을 안내하고 또는 필요시 선택된 회전축 방향의 회전을 억제할 수 있는 3 방향 회전 안내장치를 설치한다. 공간 내에서 자유롭게 운동하는 운동체의 6 자유도 운동은 하부의 3차원 운동 기초대와 상부의 3 방향 회전 안내장치에 의하여 독립적으로 안내되거나 선택적으로 고정될 수 있도록 하여 원하는 자유도 만큼의 운동이 가능하도록 운동체의 운동을 안내하는 장치에 관한 발명이다.To this end, the present invention, the base of the three-dimensional motion by the polar coordinate system is installed in the lower portion of the motion guide device to guide and measure the spatial coordinate position of the moving object. By appropriate kinematic arrangement, the upper plate of the exercise base is always kept horizontal during the movement of the moving object. The three-way rotation guide apparatus which guides the three-way rotation of a moving body on the said movement base stand, or suppresses rotation of the selected rotation axis direction if necessary is provided. The six degrees of freedom motion of the moving body that moves freely in the space can be independently guided or selectively fixed by the lower three-dimensional motion base and the upper three-way rotation guide to enable the movement as much as desired. The present invention relates to a device for guiding the movement of a moving object.
도 1은 본 발명에서 제안하는 6 자유도 운동 안내장치의 개요도1 is a schematic diagram of a six degree of freedom exercise guide device proposed in the present invention
도 2는 3 자유도 운동 기초대 중 고정축과 회전기둥 부위2 is a fixed shaft and a rotating pillar portion of the three degree of freedom motion base
도 3은 3 자유도 운동 기초대 중 관과 이송박스의 조립 단면도3 is a cross-sectional view of the assembly of the tube and the transfer box of the three degree of freedom motion base
도 4는 3 방향 회전 안내장치 중 수직축 회전 안내부4 is a vertical axis rotation guide of the three-way rotation guide device
도 5는 3 방향 회전 안내장치 중 수평축(A축) 회전 안내부5 is a horizontal axis (A-axis) rotation guide of the three-way rotation guide device
도 6은 3 방향 회전 안내장치 중 수평축(B축) 회전 안내부.6 is a horizontal axis (B-axis) rotation guide of the three-way rotation guide device.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
1 : 고정축 2 : 회전기둥1: Fixed shaft 2: Rotating pillar
3 : 관 4 : 볼부쉬(Ball Bush)3: tube 4: ball bush
5 : 이송박스 6 : 핀(Pin)5: Transfer Box 6: Pin
7 : 운동 기초대 상판 8 : 회전 안내 수직축7: base plate of the movement base 8: vertical axis of rotation guide
9 : 수직축 회전 몸체 10 : 십자형 회전축9: vertical axis of rotation body 10: cross-shaped rotation axis
11 : 수평축(B축) 회전 몸체 12 : 운동판11: horizontal axis (B-axis) rotating body 12: the motion plate
이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, described in detail by the accompanying drawings as follows.
도1은 본 발명에서 제안하는 6 자유도 운동 안내장치의 개요를 나타내고, 도2는 3 자유도 운동 기초대 중 고정축과 회전기둥 부위를 나타낸다. 고정축(1)은 본 운동안내장치의 기초에 고정되어 있는 원형 축이다. 회전기둥(2)은 상기 고정축 (1)둘레를 회전하며 고정축(1)과 회전기둥(2) 사이에 2 개의 볼 베어링(Ball bearing)과 1 개의 쓰러스트베어링(Thrust bearing)을 설치함으로써 회전기둥(2)의 회전이 원만히 이루어지도록 한다. 본 운동 안내장치는 이 회전기둥(2)의 고정축 (1) 둘레 회전에 의하여 제 1 자유도의 운동이 안내된다. 회전기둥(2)의 원주상 한 지점에 길이 방향으로 마감판을 고정하고, 이 마감판에 2 개의 평행한 관(3)을 조립하며, 관(3)의 반대편에도 동일한 형상의 마감판을 조립한다. 관(3)과 마감판 사이에는 1 방향만의 회전이 가능한 회전조인트(Joint)를 둔다. 2 개의 마감판과 2 개의 평행한 관(3)이 평행사변형을 이루며 회전기둥(2)에 조립된 마감판이 수직으로 유지되므로 이 평행사변형의 2변은 항시 수직을 유지하며 관(3)의 상하회전이 제 2 자유도를 구성한다.Figure 1 shows an overview of the six degree of freedom motion guide device proposed in the present invention, Figure 2 shows a fixed shaft and the rotating pillar portion of the three degree of freedom motion base. The fixed shaft 1 is a circular shaft fixed to the base of the motion guide device. The rotating column 2 rotates around the fixed shaft 1 and installs two ball bearings and one thrust bearing between the fixed shaft 1 and the rotating column 2. Rotation of the rotating column (2) is to be made smoothly. The motion guide device is guided by the motion of the first degree of freedom by rotation around the fixed shaft (1) of the rotary column (2). Fix the finishing plate in the longitudinal direction at one circumferential point of the rotary column (2), assemble two parallel tubes (3) on the finishing plate, and assemble the same shape of the finishing plate on the opposite side of the tube (3) do. Between the pipe (3) and the closing plate is placed a rotary joint (Joint) that can be rotated in only one direction. Two closing plates and two parallel tubes (3) form a parallelogram, and the closing plate assembled on the rotating column (2) is kept vertical so that the two sides of this parallelogram are always vertical and the top and bottom of the tube (3) Rotation constitutes a second degree of freedom.
도 3은 관(3)과 이송박스(5)의 부분 조립도 단면을 나타낸다. 도 3과 같이, 2개의 평행한 관(3)에 각각 1 개의 볼 부쉬(Ball bush)(4)가 조립되면 각 볼부쉬는 관 위를 부드럽게 미끄러지는 운동을 할 수 있다. 볼 부쉬(4)는 부쉬가이드(Bush guide) 내에 조립된다. 운동 기초대 상판(7)은 상자형 구조인 이송박스(5)의 윗 판이고, 상기의 볼부쉬(4)를 고정한 부쉬가이드와 이송박스(5)는 부쉬가이드 1개당 2지점에서 핀(pin)(6)으로 결합된다. 부쉬가이드가 2개이므로 총 4개의 핀이 부쉬가이드와 이송박스(5) 사이에 사용된다. 이 방식에 의하여 이송박스의 윗 판인 운동 기초대 상판(7)은 항상 수평자세를 유지할 수 있다. 또한 운동 기초대 상판(7)은 관(3)과 볼부쉬(4)의 상대적 미끄럼 운동에 의하여 제 3 자유도를 이룬다. 전체적으로 검토하면 운동기초대 상판(7)은 1 개의 반지름 방향 운동(제 3 자유도)과 2 개의 회전운동(제 1 자유도 및 제 2 자유도)을 이룬다.3 shows a cross-sectional view of a partial assembly of the tube 3 and the transfer box 5. As shown in FIG. 3, when one ball bush 4 is assembled to two parallel pipes 3, each ball bush may have a smooth sliding motion on the pipe. The ball bush 4 is assembled in a bush guide. The base plate 7 of the exercise base is an upper plate of the transfer box 5 having a box structure, and the bushing guide and the transfer box 5 fixing the ball bush 4 are pins at two points per bushing guide. 6) are combined. Since there are two bushing guides, a total of four pins are used between the bushing guide and the transfer box (5). In this way, the upper base of the movement base 7 as the upper plate of the transfer box can always maintain a horizontal posture. In addition, the base plate 7 of the motion base forms a third degree of freedom by the relative sliding motion of the tube 3 and the ball bush 4. In general, the base plate 7 of the motion base constitutes one radial motion (third degree of freedom) and two rotational motions (first degree of freedom and second degree of freedom).
도 4는 3방향 회전 안내장치 중 수직축 안내장치 부분을 나타낸다. 운동기초대 위에 3축방향의 회전을 안내하는 회전 안내장치를 설치하며, 운동기초대와 회전 안내장치 사이에는 운동체의 회전으로 인한 간섭을 피하기 위하여 운동기초대와 회전 안내장치 사이는 적당한 길이를 갖는 축을 설치하고 이 축이 수직축 회전의 중심이 되는 회전안내 수직축(8)이다. 수직 회전축 안내부는 수직축(8)과 베어링, 수직축 회전몸체(9)로 이루어지며, 수직축 둘레의 회전을 안내한다. 회전안내 수직축 (8)과 수직축 회전몸체 사이에는 반경방향 하중과 축방향 하중을 부담할 수 있는 베어링이 설치되므로 원활하며 정확한 회전을 얻을 수 있다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 수직축 회전몸체(9)는 2 개의 부분으로 분기되어 양 분기부 사이에 수평축 회전을 할 수 있도록 십자형(十字形) 회전축(10)을 설치한다. 도 5는 제1 수평축(A축) 회전안내부를 나타낸다. 도 5에서와 같이, 이 십자형 회전축(10)은 수직축 회전몸체(9)와 베어링 결합되어 자유롭게 회전함으로써 제1 수평축(A축) 회전을 안내하는 수평축(A축) 회전 안내부를 이룬다.4 shows a vertical axis guide portion of the three-way rotation guide device. A rotation guide device for guiding the rotation in the three axial directions is installed on the base of the exercise, and an axis having an appropriate length between the base and the rotation guide is installed between the base and the rotation guide to avoid interference due to the rotation of the moving object. This axis is the rotation guide vertical axis 8 which is the center of rotation of the vertical axis. The vertical axis of rotation guide is composed of a vertical axis (8) and a bearing, vertical axis of rotation body (9), to guide the rotation around the vertical axis. Between the rotational guide vertical axis (8) and the vertical axis rotating body is installed a bearing that can bear the radial load and the axial load, smooth and accurate rotation can be obtained. As shown in Fig. 4, the vertical axis rotating body 9 is provided with a cross-shaped rotation shaft 10 so as to be branched into two parts so as to rotate the horizontal axis between both branches. 5 shows a first horizontal axis (A axis) rotation guide part. As shown in FIG. 5, the cross-shaped rotational shaft 10 is bearing-coupled with the vertical axis rotational body 9 to freely rotate to form a horizontal axis (A-axis) rotation guide for guiding rotation of the first horizontal axis (A-axis).
도 6은 제2 수평축(B축) 회전 안내부를 나타낸다. 상기 십자형 회전축(10)의 나머지 두 부분에 베어링을 통하여 수평축(B축) 회전 몸체(11) 및 운동판(12)을 설치한다. 이 수평축 회전 몸체(11)은 십자형 회전축과 베어링으로 결합되므로 자유로운 회전이 가능하고 제2 수평축(정적 기준 위치에서의 수평축) (B축) 회전을 안내하는 수평축(B축) 회전 안내부(10)를 구성한다. 운동판(12)은 수평축 회전 몸체 (11)와 볼트 결합되어 있다.6 shows a second horizontal axis (B-axis) rotation guide. The horizontal shaft (B-axis) rotating body 11 and the moving plate 12 are installed in the remaining two parts of the cross-shaped rotation shaft 10 through a bearing. Since the horizontal shaft rotating body 11 is coupled to the cross-shaped rotation shaft and a bearing, the horizontal shaft (B-axis) rotation guide 10 which guides the rotation of the second horizontal axis (the horizontal axis at the static reference position) (B-axis) can be freely rotated. Configure The moving plate 12 is bolted to the horizontal axis rotating body 11.
본 3축 회전장치의 특징은 상기 수직축과 제1 수평축(A축) 및 제2 수직축(B축)의 세 회전축이 한 점을 지나는 것이다. 세 회전축이 한 점을 통과함으로써 부가적인 모멘트(moment)의 발생을 방지하게 되는 것이다.A feature of the three-axis rotating device is that the three axis of rotation of the vertical axis, the first horizontal axis (A axis) and the second vertical axis (B axis) pass one point. The three axes of rotation pass through one point to prevent the occurrence of additional moments.
이상의 방향에 의하여 6 자유도의 운동을 안내할 수 있다. 또한 다음과 같은 방법으로 6 자유도 중 선택된 자유도의 운동을 방지할 수 있다. 공간 내의 이동 중 제1 자유도를 구속하기 위하여 고정축(1)에 핀 구멍을 관통하고 회전기둥(2)에 두개의 핀 구멍을 관통하여 필요시에 회전기둥(2)과 고정축(1) 사이에 핀을 삽입하면 회전기둥(2)와 고정축(1)의 상대적인 운동-회전운동을 구속하게 된다. 공간 내의 운동 중 제2 자유도를 구속하기 위하여 마감판에 필요한 만큼의 구멍이 천공된 "ㄷ"자 형상의 판을 고정하고, 이 판에 핀을 삽입하면 2 개의 관(3) 및 회전조인트가 운동을 할 수 없게 되므로 전체적인 운동 중 제 2 운동 자유도가 구속된다. 또한 반지름 방향의 운동은 관(3)과 볼 부쉬(4) 사이의 상대적인 미끄럼에 기인하므로, 볼 부쉬가 위치하는 관(3) 위에 관 조임쇠(pipe clamp)를 설치하고 필요한 위치에서 관 조임쇠상의 나사를 고정하면 볼 부쉬(4)는 관(3) 위를 슬라이딩 (sliding)할 수 없으므로 반지름 방향의 운동이 구속된다. 이상 세 가지의 구속 방법에 따라서 필요에 따라 운동 기초대의 운동을 구속할 수 있다. 회전안내장치의 3 회전 방향 중 선택된 회전을 구속하기 위하여 회전축에 걸림장치를 설치하고 베어링이 설치되는 판에 필요한 구멍을 뚫는다. 선택에 따라서 요구되는 구멍에 핀을 삽입함으로써 해당하는 회전축의 회전을 구속하거나 회전 범위를 제한시킬 수 있다. 특히 회전 범위를 적절히 제한시킴으로써 운동제어의 미숙 또는 예상하지 못한 운동체의 오동작으로 인한 과도한 회전을 방지할 수 있다. 이렇게 하여 6 자유도의 운동을 안내하고 필요에 따라서 해당하는 자유도의 운동을 구속하는 것이 본 발명의 주요한 내용이다.According to the above direction, the movement of 6 degrees of freedom can be guided. In addition, it is possible to prevent the movement of the selected degree of freedom of the six degrees of freedom as follows. In order to constrain the first degree of freedom during movement in space, it penetrates through the pin hole in the fixed shaft 1 and through the two pin holes in the rotary column 2, between the rotary column 2 and the fixed shaft 1 as necessary. Inserting a pin into the pin restrains the relative motion-rotational motion of the rotating column 2 and the fixed shaft 1. In order to constrain the second degree of freedom during the movement in space, the plate of the letter “C” shaped with the necessary holes in the closing plate is fixed, and the pin is inserted into the plate to move the two tubes 3 and the rotation joint. Because of this, the second degree of freedom of movement is constrained during the whole exercise. The radial movement is also due to the relative slip between the tube 3 and the ball bush 4, so install a pipe clamp on the pipe 3 where the ball bush is located and screw on the pipe fastener in the required position. When fixing the ball bush (4) can not slide (sliding) on the tube (3), the radial motion is constrained. According to the above three restraint methods, the motion of the motion base can be restrained as necessary. In order to restrain the selected rotation from the three rotation directions of the rotation guide device, a locking device is installed on the rotation shaft, and the necessary holes are drilled in the plate where the bearing is installed. Optionally, by inserting a pin into the required hole, it is possible to constrain the rotation of the corresponding axis of rotation or to limit the range of rotation. In particular, by appropriately limiting the rotation range, it is possible to prevent excessive rotation due to immature or unexpected movement of the motion control. In this way, the main contents of the present invention are to guide the movement of six degrees of freedom and to constrain the movement of the corresponding degrees of freedom as necessary.
본 발명은 6 자유도의 운동을 안내하고 필요에 따라서 해당하는 자유도의 운동을 구속하는 장치로서, 일반적인 실험실에서 용이하게 공간 내 운동체의 운동을 계측하고 제어할 수 있을 것으로 예상된다.The present invention is a device for guiding the movement of six degrees of freedom and constraining the movement of the corresponding degrees of freedom as necessary, and is expected to be able to easily measure and control the movement of a moving object in a space in a general laboratory.
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee | ||
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